OKK-螺纹粗细牙参数、锁紧力计算、平键参数ppt课件

第10章联接,101螺纹参数,102螺旋副的受力分析、效率和自锁,103机械制造常用螺纹,104螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件,105螺纹联接的预紧和防松,106螺纹联接的强度计算,107螺栓的材料和许用应力,108提高螺栓联接强度的措施,109螺旋传动,1010滚动螺旋简介,1011键联接和花键联接,1012销联接,1,一、螺纹的形成,101螺纹参数,螺旋线-一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。,螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,2,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,3,螺纹的牙型,4,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,5,设计：潘存云,设计：潘存云,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,一般:n4,双线螺纹,单线螺纹,S=2P,S=P,n线螺纹:S=nP,6,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,7,设计：潘存云,8,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,螺旋传动,9,联接螺纹,传动螺纹,10,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,圆柱螺纹圆锥螺纹,11,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,12,设计：潘存云,(3)中径d2也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)大径d与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,(2)小径d1与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(4)螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,(5)导程S,(6)螺纹升角中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(7)牙型角轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,牙侧角,S=nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P,二、螺纹的主要几何参数,13,设计：潘存云,tg=F/Fn,螺纹的拧松-螺母在F和Fa的联合作用下，顺着Fa等速向下运动。,螺纹的拧紧-螺母在F和Fa的联合作用下，逆着Fa等速向上运动。,一、矩形螺纹=0,102螺旋副的受力分析、效率和自锁,展开中径d2圆柱面得一斜面.,螺旋副在轴向载荷Fa作用下相对运动，可看作在中径的水平力F推动滑块(重物)沿螺纹运动,F-水平推力,Fn-法向反力,Fa-轴向载荷,F=fFn-摩擦力,f-摩擦系数,FR-总反力,=tg-1f-摩擦角,=fFn/Fn,=f,定角-由材料确定,14,设计：潘存云,设计：潘存云,FR,滑块在F、FR、Fa三力作用下处于平衡状态,d2,作力多边形,得：F=Fatg(+),驱动力矩：,列出力平衡方程：,FRFa=+,FR=(1+f)Fn,Fa-阻力，F-驱动力，,当螺纹拧紧(滑块上升)时：,F-摩擦力,沿斜面朝下。,15,设计：潘存云,设计：潘存云,当螺纹拧松(滑块下滑)时：,FRFa=-,滑块在F、FR、Fa三力作用下处于平衡状态,作力多边形可得：,F=Fatg(-),驱动力矩：,列出力平衡方程：,Fa-阻力，F-驱动力，,F-摩擦力,沿斜面朝下。,16,若，则T为正值，其方向与螺母运动方向相反，是阻力；,若，则T为负值，方向相反，其方向与预先假定的方向相反，而与螺母运动方向相同，成为放松螺母所需外加的驱动力矩。,提问：当时，若没有力矩T，螺母在Fa的作用下会运动吗？,不会！,-这种现象称为自锁。,17,二、非矩形螺纹0,矩形螺纹忽略升角的影响时有：,Fn=Fa,当0时，摩擦力为：,摩擦系数为f的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为f，的矩形螺纹所产生的摩擦力相当。,称为当量摩擦角,故称f为当量摩擦系数。,18,引入参数f和就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。,滑块上升：,滑块下降：,非矩形螺旋的自锁条件：,对于联接螺纹必须满足自锁条件,19,设计：潘存云,定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：,当一定时，效率只是螺纹升角的函数，由此可以绘出效率曲线.,当一定时，在=45-/2处效率曲线有极大值。,对于传动螺旋，一般取：,对于联接螺纹，必须取：,升角过大,制造困难，且效率增高也不明显。,=5.7,=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1d;,铰制孔用螺栓l10;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36)mm,用于经常拆装易磨损之处。,104螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件,27,设计：潘存云,设计：潘存云,一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：,双头螺柱联接联接件厚，允许拆装。,104螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件,钢或青铜H=d;,铸铁H=(1.251.5)d,铝合金H=(1.52.5)d,螺纹孔深度H1=H+(22.5)P;,钻孔深度H2=H1+(0.51)d;,参数l1、e、a与螺栓相同,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。,28,设计：潘存云,一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,104螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件,29,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,30,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,31,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,32,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,33,其它螺母：,34,其它螺母：,35,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,36,一、拧紧力矩,一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,T1克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设轴向力为Fa或预紧力（不受轴向载荷）,fc摩擦系数。无润滑时取：fc=0.15,rf支撑面摩擦半径。rf=(dw+d0)/4,简化公式：适用于M10M60的粗牙螺纹，f=0.15,fc=0.15,T0.2Fad,预紧应力：,=(0.50.7)s,105螺纹联接的预紧和防松,Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠，应取：,通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,总力矩：,37,设计：潘存云,测力矩扳手,工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。,二、螺纹联接的防松,联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,防松的方法,1.利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,定力矩扳手,设计：潘存云,38,开口销与六角开槽螺母,串联钢丝,2.采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,止动垫圈,39,3.其他方法防松,涂粘合剂,40,一螺栓组联接的结构设计,1联接接合面的设计,10.6螺栓联接的强度计算,41,螺栓的布置应使各螺栓的受力合理（1）对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合。（2)对于铰制孔螺栓联接的受剪螺栓，在平行于工作载荷方向上成排布置的螺栓数目不应超过八个，以免载荷分布不均。,2螺栓的数目及布置,42,（3）对于受弯矩或转矩的螺栓联接，应使螺栓尽量布置在靠近联接接合面的边缘上，以减少螺栓的受力。,2螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证联接的紧密性和装配时扳手所需活动空间,43,3螺栓的数目及布置应便于螺栓孔的加工,分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4,6,8等偶数，以便于在圆周上钻孔时得分度和划线。,44,4、避免偏心载荷作用a）被联接件支承面不平突起b）表面与孔不垂直c）钩头螺栓联接,防偏载措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片,45,二螺栓联接的强度计算,、普通螺栓连接的强度计算、铰制孔用螺栓连接的强度计算,螺栓联接的主要失效形式：,螺栓拉断,螺纹压溃或剪断,滑扣因经常拆装,螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。,46,一、松螺栓联接装配时不须要拧紧,强度条件：,式中:d1-螺纹小径，mm,二、紧螺栓联接装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。,螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。,拉应力：,力除以面积,1普通螺栓联接的强度计算,47,切应力：,对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：tg=f=0.15,得：0.5,当量应力：,强度条件：,分母为抗剪截面系数,48,设计：潘存云,设计：潘存云,1.受横向工作载荷的螺栓强度,螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力Fa导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。,C-可靠性系数，常取C=1.11.3,预紧力Fa：,f-摩擦系数，对钢与铸铁，取:f=0.10.15,m-结合面数上图m=1,下图m=2,若取f=0.15，C=1.2,m=1,则：,Fa8F,结构尺寸大,49,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,2.受轴向工作载荷的螺栓强度,改进措施：1.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,2.采用无间隙的铰制孔螺栓。,设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：,50,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,特别注意，轴向载荷：,FaF0+FE,加预紧力后螺栓受拉伸长b0,被联接件受压缩短C0,加载FE后:,螺栓总伸长量增加为:,总拉力为：,被联接件压缩量减少为：,残余预紧力减少为：FR,很显然:FRF2F3F4F5,螺母体,假设螺母为刚体，则螺纹牙变形与普通螺木相同。但实际上螺母也是弹性体，受载也被拉长，变形螺纹牙产生回弹，从而减小两者螺距变化，使受载均匀。,10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。,58,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,支承面不平,三、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,四、避免或减小附加应力,采用凸台或沉孔结构,59,五、采用特殊制造工艺,冷镦头部、辗压螺纹,表面处理：氰化、氮化也能提高疲劳强度。,60,109螺旋传动,作用:将回转运动转变为直线移动.,分类:,传力螺旋,传导螺旋,调整螺旋,传递动力,千斤顶,压力机,传递运动,要求精度高.进给机构.,调整相对位置.,61,设计：潘存云,设计：潘存云,调整螺旋,调整螺旋,62,对螺旋传动的要求:强度足够,耐磨,摩擦系数小.,螺杆材料:Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn,螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.,失效形式:磨损通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其他失效一一校核。,一、耐磨性计算,校核公式：,影响磨损的原因很多，目前还没有完善的计算方法，通常是限制螺纹接触处的压强。,Fa为轴向力；z为参加接触的螺纹圈数；d2为螺纹中径；h为螺纹的工作高度；p为许用压强。,63,令=H/d2,H为螺母高度,又z=H/P,h=0.5P-梯形螺纹的工作高度h=0.75P-锯齿形螺纹的工作高度。,代入上式得螺纹中径的计算公式：,锯齿形螺纹：,梯形螺纹:,=,1.22.5整体式螺母,2.53.5剖分式螺母,一般取：z10,求得螺纹中径后，应按标准选取相应的公称直径d和螺距P,为了设计方便,64,二、螺杆强度校核,螺杆在轴向力和扭矩的作用下，产生拉或压应力及扭切应力。,强度校核条件：,为螺杆的许用应力，,d1为螺纹小径；,对碳素钢,=5080MPa,65,三、螺杆的稳定性校核,细长螺杆受较大轴向压力时，可能失稳，其临界载荷Fc与材料、螺杆长细比=l/i有关。系数含义随后解释,（1）当100时：临界载荷为：,i螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d12/4,l为螺杆的最大工作长度；,为长度系数，=,2-一端固定，一端自由；,1-两端铰支；,0.75-一端固定，一端铰支；,E为螺杆的弹性模量,对于钢E=2.06105MPa,I-为危险截面惯性距:I=d14/64,66,（2）当40100时：,对B370Mpa的碳素钢，取:,对B470Mpa的优质碳素钢（如35、40号钢），取:,（3）当40时，不必进行稳定性校核。,稳定性校核的条件：,为稳定性校核的安全系数，取：S=2.54,当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。,67,四、螺纹牙强度的校核,防止沿螺母螺纹牙根部剪断的校核公式为：,b为螺纹牙根部的宽度，b=,0.65P-梯形螺纹;,若对螺杆螺纹牙根部进行校核时，有：,40MPa-铸铁螺母;,=,0.74P-锯齿形螺纹。,3040MPa-青铜螺母。,68,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,1010滚动螺旋简介,在螺旋和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充以滚珠，这样就使螺旋面的滑动摩擦成为滚动摩擦。,组成：螺杆、螺母、滚珠,返回通道,类型：外循环、内循环,不离开螺旋表面，每圈有一个反向器,69,优点：1)摩擦损失小、效率在90%以上；,缺点：1)结构复杂、制造困难；,应用实例：飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降、数控机床、机器人。,2)磨损很小，传动精度高；,2)有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。,70,设计：潘存云,1011键联接和花键联接,作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。,一、键联接的类型,类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。,1.平键联接,特点：定心好、装拆方便。,种类,普通平键,导向平键,71,设计：潘存云,普通平键结构,单圆头(C型),圆头(A型),方头(B型),用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。,用盘铣刀加工，轴的应力集中小。,用于轴端,普通平键应用最广。,72,设计：潘存云,导向平键,零件可以在轴上移动，构成动联接。,结构特点：长度较长，需用螺钉固定。,为便于装拆，制有起键螺孔。,73,表10-9普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79）,A型,B型,C型,标记实例：圆头普通平键(A型):键16100GB1096-79,方头普通平键(B型):键B16100GB1096-79,单圆头普通平键(C型):键C16100GB1096-79,74,设计：潘存云,75,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,2.半圆键联接,优点：定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。,缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。,特别适用于锥形轴端的联接。,76,设计：潘存云,3.楔键联接和切向键联接,结构特点：键的上表面有1:100的斜度，轮毂槽的底面也有1:100的斜度。,缺点：定心精度不高。,应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。,77,设计：潘存云,设计：潘存云,类型：普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的,在重型机械中常采用切向键-一对楔键组成。,装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130。,设计：潘存云,78,设计：潘存云,二、平键联接的强度校核,键的材料：B370Mpa的